新疆特大暴雨过程中的中尺度对流系统特征

利用GMS-5卫星红外云图数值资料,普查结果表明新疆“96·7”特大暴雨期间共发生了6个中尺度对流系统,分析了它们的发生、发展过程及环境场特征。     

2007年7月19日黄淮地区区域性暴雨成因分析

利用常规资料、T213数值预报产品、卫星云图和NCEP 1°×1°的6 h再分析资料,分析了2007年7月19日河南省黄淮地区区域性暴雨的成因,结果表明:此次区域性暴雨是西伯利亚西部高压脊前不断有冷空气南下,使贝加尔湖切断低压发生替换过程中衍生出许多短波槽携带冷空气南下与南支槽前、副热带高压外围西南暖湿气流大量向北输送汇合产生的;卫星云图直观演示了中尺度对流复合体(MCC)演变特征,而且在其移动过程中激发出的中α、β尺度对流云团造成了短时强降水;云顶亮温tbb最低值中心及强度、θse高能区可以指示强降水的落区和移动方向;另外,高低空急流耦合形成急流次级环流为中尺度对流云团长时间维持提供了持久、深厚的上升运动.     

河南省对流性暴雨云系特征与概念模型

利用2005—2010年FY-2C/E和MODIS卫星资料、A0报文、自动气象站降水资料及常规观测资料,修订了河南省对流性暴雨中尺度对流系统标准,统计分析了暴雨中尺度对流系统的活动规律和降水特征,初步建立了河南省典型对流性暴雨概念模型。河南省对流性暴雨中尺度对流系统主要包括新生对流云团、β中尺度对流系统、α中尺度对流系统及带状中尺度对流系统。对流性暴雨易产生于中尺度对流系统的发生、发展期,多发于中尺度对流系统云顶亮温低中心附近及后侧梯度大值区, 云系上云光学厚度高值区为中尺度对流系统发展潜势区。低槽 (涡) 切变型和低槽型过程中干冷气团对中尺度对流系统的发生、发展起触发作用;高压后部型与午后边界层辐射增温关系密切,能量锋、边界层辐合线是中尺度对流系统的触发系统;切变型过程中干线的作用较重要。河南省对流性暴雨中尺度对流系统多发展于山区附近,移动路径有东移、东北移和东南移型,高层云导风可为中尺度对流系统的移动发展提供预报信息。     

2009年四川夏季强雷电过程的气象卫星资料分析

利用FY2－C、FY2－D云顶亮温资料并结合2009年四川省闪电定位资料,选取了2009年6月19～20日1次典型的强雷电过程,并对该过程的雷电时空分布与强雷暴云团(MCS)的演变特征进行了分析。结果表明:(1)地闪频数与MCS的强度呈正相关。(2)地闪基本出现在小于220K的云区和前方TBB水平梯度最大的区域内,集中发生在小于200K的云区,大于240K的云区几乎没有地闪发生。(3) MCS发生发展期,地闪位于对流云团前方TBB梯度最大的区域内及其东侧,地闪频数极大值发生在强烈发展期。成熟阶段,地闪猛烈下降。消亡期,地闪位于对流云团中心附近,但很快消失。(4)单站强降水时段和TBB低值区有较好的对应关系并且地闪逐时峰值比降水峰值提前约1h,可为单站短时暴雨的预警提供参考。      

华北一次中尺度对流系统中的闪电活动特征及其与雷暴动力过程的关系研究

利用地面地闪定位资料、多普勒天气雷达和常规气象资料, 分析了一次具有前部对流线和后部大范围层状云降水(LLTS)的典型中尺度对流系统(MCS)的闪电活动演变特征。整个MCS生命史中负地闪占主导地位, 正地闪则表现不活跃。观测得到MCS消散阶段云闪与地闪的比例为2∶1, 地闪主要分布在地面相对位温和对流不稳定能量均达到高值的区域; 负地闪主要密集地分布在大于40 dBZ的回波范围内; 正地闪则稀疏地分布在30～40 dBZ的回波范围内。在低于-40℃的温度区域内地闪分布较多, 而密集的地闪分布在温度梯度大的区域内。结合单多普勒雷达的水平风场反演, 发现地闪集中出现在气流表现为气旋性切变或水平风呈现切变的区域。该区域与MCS的强回波区相对应, 并且地闪易发生在上升气流达到最大并开始出现下沉气流的阶段。     

云顶亮温在一次区域性暴雨中的分析与应用

应用常规气象观测资料、NCEP（1°×1°）再分析资料和FY-2C卫星的云顶亮温（tBB）（0.1°×0．1°）资料。综合分析2007年7月4—5日发生在陕西中南部的区域暴雨天气。结果表明：此次暴雨过程发生在副热带高压东退的过程中,巴湖冷涡分裂南下的冷空气与副热带高压外围的暖湿空气在陕西中南部上空交汇,为暴雨形成提供了有利的大尺度环流背景．700hPa低涡切变、低空急流是暴雨产生的主要影响系统。产生这次暴雨的云团具有MCC特征,强降水区域与tBB低值中心对应较好。单站tBB值与降水强度对应较好．tBB低值出现时段与强降雨时段基本吻合。对流层中低层正涡度与高层负涡度的垂直分布特征以及低层辐合、中高层辐散的散度场垂直分布有利于中低层高温高湿的气流被抽吸到高层．增加局地对流不稳定性．有利于MCC的发生发展。MCC发生在假相当位温θae水平梯度大、上冷下暖的对流不稳定区域。     

热带风暴“天鹅”暴雨的中尺度特征及风廓线雷达资料分析

利用风廓线雷达资料、自动气象站逐时降水资料及FY-2C卫星红外亮温（TBB）资料,分析2009年8月6日热带风暴＂天鹅＂引发的南沙区暴雨过程,结果表明：热带风暴中发生发展的中尺度对流系统（MCS）是此次暴雨的直接原因,而弱冷空气从对流层低层入侵＂天鹅＂环流系统为MCS发生发展提供有利的条件;风廓线雷达信号噪声比的大小反映了探测范围内中尺度对流系统（MCS）的强度及降雨强度;风廓线雷达水平风资料很直观地显示了＂天鹅＂活动期间边界层内低空急流的持久存在;强降水出现与低空急流脉动及其在垂直方向上传播关系密切;边界层内出现强烈的逆温层分布与雷暴的发生相对应。     

鲁北一次前倾槽引发的局地暴雨成因浅析

通过对常规气象资料、卫星云图和多普勒雷达资料的分析，指出当高空槽超前于地面冷锋，在高空槽附近不稳定能量积累的背景下，生成的后移动的中尺度系统，是造成鲁北2000年7月22日暴雨的原因。     

山东夏季两次切变线暴雨过程对比分析

利用常规观测资料、卫星云图、多普勒天气雷达和NCEP1°×1°再分析资料,对2012年7月30日和2013年7月9日山东出现的两次区域性暴雨进行了对比分析,结果表明：两次850 hPa切变线造成的暴雨,线状MCS(Mesoscale Convective System)组织化程度高,地面辐合线触发了暴雨的发生。不同的是:①“7〖DK〗·30”暴雨500 hPa影响系统为阶梯槽,副高位于朝鲜半岛以东;“7〖DK〗·9”暴雨为典型的东高西低形势,副高控制华东沿海;②“7〖DK〗·30”暴雨受一股较强的东南气流作用,将东海及西太平洋水汽输送到暴雨区,925 hPa水汽通量散度和最强上升速度较“7〖DK〗·9”暴雨分别大-10 g〖DK〗·hPa-1〖DK〗·cm-2〖DK〗·s-1和-0.2 Pa〖DK〗·s-1,“7〖DK〗·9”暴雨由低空西南急流将南海的水汽输送到暴雨区,925 hPa水汽通量和比湿较“7〖DK〗·30”暴雨分别大2~4 g〖DK〗·cm-1〖DK〗·hPa-1〖DK〗·s-1和2 g〖DK〗·kg-1;③两次暴雨过程MCS发生发展过程、形成方式和成熟期组织结构存在显著差异,“7〖DK〗·30”暴雨是对流单体独立发展逐渐合并成β中尺度,最终形成α中尺度对流系统,“7〖DK〗·9”暴雨为多个对流单体合并为β中尺度系统。通过分析得出,切变线暴雨触发机制应着眼于地面辐合线的形成和加强以及冷空气侵入引起的锋生。     

齐齐哈尔2013年7月3日暴雨成因分析

利用常规观测资料、黑龙江省地面加密雨量点资料、国家气象卫星中心FY-2E卫星TBB资料和齐齐哈尔雷达回波资料对2013年7月2-3日齐齐哈尔地区暴雨过程进行诊断分析。结果表明:高低空急流相耦合不断给暴雨区高层输送冷干空气和低层输送暖湿空气,大气中不稳定能量增加聚集,在切变线辐合上升运动触发条件下,暖锋层状云长时间持续,是这次暴雨形成的最主要因素。在讷河局部弱对流云系发展,云顶TBB在-45℃以下,与高能量区对应,产生了短时强降水;雷达回波反射率因子主要以层状云回波为主,径向速度图上有速度模糊。     

华南沿海地区车载风廓线雷达资料的分析与应用

对系统风较小时车载风廓线雷达探测资料与气球探空资料进行了对比, 发现二者一致性较好, 并应用车载风廓线雷达探测资料分析了探测期间惠来海陆风的空间结构和时间演替规律。同时分析了车载风廓线雷达探 测到的“灿都”台风资料, 结果表明车载风廓线雷达对台风外围下沉气流区高空风的三维结构有较强的探测能 力, 能有效地探测到台风登陆过程中地面到高空的水平风切变和垂直气流切变过程, 有助于提高沿海地区防台风抗台风能力。     

切变线冷区和暖区暴雨落区分析

利用常规、自动气象站、NCEP/NCAR再分析资料（1°×1°,逐6h）和WRF模式逐小时资料,对2010年6月30日—7月2日山东省暴雨过程的落区进行了分析.结果表明：本次暴雨过程具有暖区暴雨和冷区暴雨两种特征.暖区暴雨强度强、范围广、落区集中,位于925 hPa经向切变线右侧或者低涡的东南象限“人”字型切变线内、暖温度脊后部、地面低压前部南风区内;冷区暴雨区强度弱、范围小、落区分散,位于925 hPa经向切变线左侧、冷温度槽前、地面低压后部北风区内.冷区和暖区暴雨均位于大气可降水量大于70 kg/m^2的区域、低空急流顶端的左侧.低空急流与强降水同时开始或者低空急流提前1h开始,降水强度最大时段出现在850 hPa风速跃增后1～3h.只有冷区暴雨时,冷空气较弱,冷锋伸展高度较低,暴雨区位于冷锋后部θse锋区前沿、θse暖脊脊线顶点、强上升运动中心.冷区与暖区暴雨共存时,冷暖空气势力均比只有冷区暴雨时强,冷锋伸展高度较高,冷区与暖区暴雨均位于强上升运动中心南侧1个纬距内风速辐合处.只有暖区暴雨时,冷空气较强,冷锋伸展高度较高,暴雨区位于冷锋前1个纬距内、θse暖脊脊线与地面交点、上升运动中心.低层向北倾斜锋区的南北跨度与中层向南倾斜锋区的南北跨度的差值大小,直接影响上升运动的强度和暴雨区的分布.     

低层垂直风切变和冷池相互作用影响华北地区一次飑线过程发展维持的数值模拟

利用三维数值云模式和雷达资料四维变分同化技术,通过对6部新一代多普勒天气雷达观测资料进行快速更新循环同化和云尺度数值模拟,初步分析了2009年7月23日发生在华北地区的一次飑线过程的低层动力和热动力影响机制。结果表明,这次飑线过程处在低层中等强度切变的环境条件下,低层环境垂直风切变和冷池相互作用是本次飑线过程维持发展和传播的关键机制。在飑线发展的初期,低层垂直风切变较强,但冷池偏弱,冷池传播速度(C)和垂直于飑线的低层切变分量(ΔU)的比值C/ΔU<1,飑线回波前倾。而此时环境热力条件(对流有效位能较高和自由对流高度较低)对飑线的发展加强起到了积极作用,克服了这种低层切变和冷池不平衡所形成的不利条件。在飑线的加强和成熟阶段,由于对流降水使冷空气不断下沉,从而导致冷池快速加强,使低层切变和冷池强度逐渐达到近似平衡状态(C/ΔU≈1),低层大气处于最强的垂直抬升状态,飑线发展最为强盛,飑线回波直立。随着时间的推移,降水累积效应导致冷池强度明显大于低层切变强度(C/ΔU>1),不利的形势导致飑线逐渐趋于消散,飑线回波明显变宽、后倾,回波顶高显著下降。对模拟结果的定性分析和定量计算均表明,影响这次飑线过程发展维持的低层垂直风切变和冷池相互作用机制与Rotunno和Weisman等用来解释飑线发展演变的RKW理论一致。另外,模拟结果显示,低层0—3km风切变对飑线的发展维持最为重要,但是0—6km的中层风切变也有正面作用,特别是在飑线发展旺盛阶段,应该考虑其影响。     

2011年7月黑龙江省西部罕见暴雨成因分析

利用区域自动站和常规观测资料及卫星云图、多普勒雷达资料,对2011年7月31日黑龙江省西部大区域暴雨过程进行分析。结果表明：黑龙江省西部暴雨区位于高空西风急流出口区左侧、低空和超低空急流的左侧,高空辐散和低空辐合作用为暴雨过程提供了动力条件,低空和超低空急流为暴雨提供了水汽条件;在对流层中层有较强的干冷空气侵入,短时强降水落区位于干侵入边界,并且与TBB大梯度区有较好的对应关系;而在雷达回波中,短时强降水落区位于速度图中的风场不连续线附近。     

江西中西部地区一次暴雨过程的地形敏感性试验

利用常规气象观测资料、区域自动站资料、卫星云图和雷达产品及NCEP再分析资料,对2016年7月9日新乡暖区特大暴雨过程成因进行了综合分析。结果表明:该过程强降水持续时间长、强度大、分布不均匀、致灾严重,属暖区极端强降水,500 hPa低涡和700 hPa切变线是其主要影响系统;台风外围东南暖湿气流在太行山迎风坡(新乡西部)辐合抬升使特大暴雨区上空长时间维持深厚湿层,500 hPa低涡南压所携带的弱冷平流与低层暖平流在新乡上空叠加进一步增加了大气层结不稳定,为暴雨发生提供了水汽和位势不稳定条件;200 hPa显著分流区“抽吸作用”、太行山地形抬升和中低层低涡和切变线使新乡上空出现深厚垂直上升运动是暴雨形成的动力机制;华北中南部大范围高湿环境、深厚暖云层和湿层以及异常偏低的自由对流高度和抬升凝结高度与中等偏强的对流有效位能,是导致新乡高降水效率的有利条件;新乡强降水中心由2个孤立的β中尺度对流系统(M_βCS)合并造成,其系统内部若干低质心对流单体则由太行山东侧山前长时间维持的中尺度辐合系统产生;雷达反射率因子反映出低质心暖云降水回波特征,强回波列车效应明显,新乡特大暴雨由积云(对流)为主的积层混合降水回波长时间滞留造成。

     

2003年江淮梅雨期一次特大暴雨的研究——中尺度对流和水汽条件分析

本文对2003年7月4日-5日江淮梅雨期间的一次特大暴雨过程进行了多尺度的详细分析.环流背景、中尺度对流云团和水汽条件分析表明,这次特大暴雨是在典型梅雨的有利环境背景形势下,由梅雨锋上的中尺度对流系统造成的,地面低压、低层切变线及西南低空急流与这次特大暴雨过程有着密切的关系.强降水中心与中尺度对流云团的关系十分密切,中β尺度云团的生成合并增强,和其中中γ降水系统的存在,导致了降水强度的局地性差异.江淮流域主要表现为经向水汽通量的辐合区,强水汽通量舌与低层高θse的舌区一致,暴雨过程中水汽的快速集中主要是通过风场散度项造成的,局地风场的辐合在水汽快速集中起主要作用.低层充沛的水汽则通过气旋性涡度柱中的强上升气流输送到对流层的中高层.     

滇东北一次飑线过程的中尺度结构特征

利用常规观测资料、卫星云图和多普勒天气雷达资料,综合分析了2007年6月14日发生在滇东北的一次飑线过程。结果表明:飑线发生在700 hPa切变线前和冷锋前暖区中,位于高层冷舌和低层暖舌相叠置的地区,高层冷空气侵入和地面中尺度切变线的触发作用是飑线形成和发展的主要动力过程。飑线前沿形成含有5个强单体的带状强回波,成熟阶段的强单体出现了弓形回波特征。飑线前沿出现低层辐合、中层径向辐合和高层辐散的特征,低层β中尺度辐合线随高度增加向飑线后部倾斜。飑线前沿存在前侧低层入流、中高层出流急流以及后侧低层入流急流。飑线上存在深厚的上升气流,两侧为下沉气流,且前方的下沉气流比后方强。低层强垂直风切变有利于飑线的产生和发展。     

2008年台风“风神”强迫次级环流的诊断分析

利用WRF（weather research and forecasting）模式模拟资料对2008年06号台风“风神”进行诊断分析,采用准地转PV-ω方程对台风外围中尺度对流系统较强的6月20日10时（世界时）的资料进行分析.通过PV-ω方程诊断了潜热、摩擦及干动力过程对台风次级环流的作用,结果显示潜热强迫产生的次级环流最强,摩擦强迫主要集中在边界层,而干动力过程则在台风中心附近产生影响.加入摩擦、潜热得到的准平衡流场能够描述70％左右的台风环流.环境垂直切变在台风中心附近强迫产生横向次级环流的垂直切变与环境垂直切变相反,次级环流会使得台风一侧的上升气流减弱而另一侧上升气流增强,从而使得台风不对称增强.同时,发现垂直切变可能在其最大垂直切变方向右侧激发台风外围中尺度系统.通过构造理想的准平衡的台风及叠加在其上的中尺度系统环流,选择不同的切变和环境平均气流,发现增大切变会使得强迫次级环流增强,而增大环境平均气流不一定能够使得强迫次级环流增大,反而可能使得强迫次级环流减弱.通过诊断发现由切变强迫次级环流造成的中尺度对流系统上方扰动可能是中尺度对流系统持续存在的原因.     

浙江北部一次热带低压引发的大暴雨过程分析

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、FY-2E卫星云图及相关定量产品,分析了2013年8月18—19日浙江北部一次大暴雨天气过程。结果表明:(1)热带低压是此次暴雨产生的直接影响系统,低压与副热带高压之间偏东风急流为暴雨产生提供了水汽和能量条件。(2)热带低压具有明显的不对称结构,其中心随高度西倾;强对流云团主要分布在500 hPa低压环流北侧,也是此过程强降水的直接制造者,其移动演变与强降水区移动演变一致。(3)卫星云图及相关产品分析表明,相当黑体亮温(TBB)、射出长波辐射(OLR)低值带对强降水区具有较好的指示意义,其值大小对降水强度有较好反映;在实际业务中,可结合实况和卫星云图及相关定量产品对预报及时作出订正。(4)此过程水汽主要来源于东海,边界层为水汽通量辐合区;强降水区与850 hPa假相当位温密集带垂直;地面中小尺度系统为暴雨产生提供了有利的抬升条件;杭州湾喇叭口地形对降水有明显增幅效应。     

“5.7”广州局地突发特大暴雨中尺度特征及成因分析

2017年5月7日广州局地突发特大暴雨,降水集中爆发于广州北部复杂地形区,单点小时雨量大、强降雨持续时间长。然而降水发生于副热带高压边缘、无明显的低空急流等天气系统配合,为弱强迫背景下的华南前汛期暴雨,加之珠三角地形复杂,其触发和组织维持机制等问题引起了气象科研和预报工作者的广泛关注。针对其降水特点,采用5 min自动气象站观测、分钟雨量、风廓线雷达、葵花8号气象卫星红外等高时空分辨率观测数据探讨中尺度对流系统的触发和组织维持过程,发现:中纬度入海高压南侧偏东风和低层切变系统为珠三角边界层南风风速辐合提供了有利的天气背景,喇叭口地形增强了风速辐合。小尺度地形辐射降温配合城市热岛在山前形成高温度梯度区,山风与南风对峙使地面辐合线在山前移速变慢有助于热带云团的生成。地形阻挡抬升和高温度梯度加强上升运动,南风风速脉动使云团迅速向山前移动,最终对流爆发。以暖云降水为主的对流系统产生弱冷池驱动对流系统连续传播,使强降水回波面积增大并在小尺度地形影响下稳定位于增城附近,产生极端小时雨强;中尺度对流系统的单体移动方向和传播方向近乎相反导致系统移动非常缓慢,后向传播明显,最终导致长时间强降水。